CN115307053A - 一种中空纤维管阵列储氢装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中空纤维管阵列储氢装置。包括若干个中空纤维管，至少两个中空纤维管组成子阵列纤维管，至少两个子阵列纤维管组成总阵列纤维管；子阵列纤维管的外围部分或者全部包裹有保护层，保护层由至少两个实心纤维管排布形成；总阵列纤维管的一端密封，总阵列纤维管的另一端用于连接高压阀门。本发明选用中空纤维管，相对于现有的金属容器，无氢脆现象且更加安全。本发明形状尺寸可调，适用于各种环境且能够充分利用空间。子阵列纤维管的外围部分或者全部包裹有保护层，保护层由至少两个实心纤维管排布形成，从而能够克制中空纤维管的膨胀，使得子阵列纤维管结构更加稳固，更加安全。

Description

一种中空纤维管阵列储氢装置
技术领域
本发明属于高压容器技术领域，具体涉及一种中空纤维管阵列储氢装置。
背景技术
氢能产业链整体可以分为氢能制取、氢能储运、氢能应用三大环节。其中，氢能储运环节是高效利用氢能的关键，是影响氢能向大规模方向发展的重要环节。在氢能全产业链中，氢的储运是制约我国氢能和燃料电池产业发展的关键环节。由于氢气特殊的物理、化学性能，使得它储运难度大、成本高、安全性低。
目前商用的氢燃料电池所使用的存储技术为储氢气瓶，广泛用于各类氢燃料电池汽车。然而现有的储氢容器均使用金属容器，存在氢脆现象，以及单位质量储氢密度或单位体积储氢密度低的问题。
高压储氢气瓶是压缩氢广泛使用的关键技术，随着应用端的应用需求不断提高，轻质高压是高压储氢气瓶发展的不懈追求。目前高压储氢容器已经逐渐由全金属气瓶(Ⅰ型瓶)发展到非金属内胆纤维全缠绕气瓶(Ⅳ型瓶)。但由于氢气的分子渗透作用，钢制气瓶很容易被氢气腐蚀出现氢脆现象，导致气瓶在高压下失效，出现爆裂等风险。而且目前高压储氢容器均为椭圆形气瓶，尺寸固定，空间利用率不高，限制了氢能的应用场景。
基于上述原因，需要开发一种安全、无氢脆、形状尺寸可调的高压储氢容器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中空纤维管阵列储氢装置，它更加安全、无氢脆现象、形状尺寸可调。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种中空纤维管阵列储氢装置，包括若干个中空纤维管，至少两个所述中空纤维管组成子阵列纤维管，至少两个所述子阵列纤维管组成总阵列纤维管；所述子阵列纤维管的外围部分或者全部包裹有保护层，所述保护层由至少两个实心纤维管排布形成；所述总阵列纤维管的一端密封，所述总阵列纤维管的另一端用于连接高压阀门。
优选地，在上述的一种中空纤维管阵列储氢装置中，所述保护层对所述子阵列纤维管提供向内的作用力，以克制所述中空纤维管的膨胀力。
优选地，在上述的一种中空纤维管阵列储氢装置中，所述总阵列纤维管的一端通过胶水密封。
优选地，在上述的一种中空纤维管阵列储氢装置中，所述总阵列纤维管的一端通过温控炉熔融封闭。
优选地，在上述的一种中空纤维管阵列储氢装置中，所述温控炉熔融封闭的长度小于等于1cm。
优选地，在上述的一种中空纤维管阵列储氢装置中，所述中空纤维管的材质为硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、石英玻璃、芳纶中的至少一种。
优选地，在上述的一种中空纤维管阵列储氢装置中，所述中空纤维管的端面形状为圆形、三角形或者多边形，所述子阵列纤维管的端面形状为圆形、三角形或者多边形，所述总阵列纤维管的端面形状为圆形、三角形或者多边形。
优选地，在上述的一种中空纤维管阵列储氢装置中，所述中空纤维管的壁厚与自身半径的比值小于1。
优选地，在上述的一种中空纤维管阵列储氢装置中，所述中空纤维管的壁厚与自身半径的比值小于0.2。
优选地，在上述的一种中空纤维管阵列储氢装置中，所述实心纤维管与所述中空纤维管的材质相同。
本发明的一种中空纤维管阵列储氢装置的有益效果在于：选用中空纤维管，相对于现有的金属容器，无氢脆现象且更加安全。可以根据应用的环境设定中空纤维管的数量以及堆叠的子阵列纤维管以及总阵列纤维管的形状以及尺寸，形状尺寸可调，适用于各种环境且能够充分利用空间。子阵列纤维管的外围部分或者全部包裹有保护层，保护层由至少两个实心纤维管排布形成，从而能够克制中空纤维管的膨胀，使得子阵列纤维管结构更加稳固，更加安全。
附图说明
图1是本发明实施例一总阵列纤维管的结构图；
图2是本发明实施例一子阵列纤维管的结构图；
图3是本发明实施例二子阵列纤维管的结构图；
图4是本发明实施例二子阵列纤维管的侧视图；
图5是本发明实施例三子阵列纤维管的结构图。
图中部件名称和标号如下：
总阵列纤维管100、子阵列纤维管10、中空纤维管1、保护层20、实心纤维管2。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
如图1和图2所示，本实施例公开了一种中空纤维管阵列储氢装置。该中空纤维管阵列储氢装置包括若干个中空纤维管1，至少两个中空纤维管1组成子阵列纤维管10，至少两个子阵列纤维管10组成总阵列纤维管100；子阵列纤维管10的外围部分或者全部包裹有保护层20，保护层20由至少两个实心纤维管2排布形成；总阵列纤维管100的一端密封，总阵列纤维管100的另一端用于连接高压阀门。保护层2对子阵列纤维管10提供向内的作用力，以克制中空纤维管1的膨胀力。
理论研究表明，薄壁中空纤维具有较高的耐压性能，尤其是薄壁中空玻璃纤维。基于此，本实施例将薄壁中空纤维应用于储氢装置，并通过集成中空纤维阵列增加储气量。
本实施例选用中空纤维管1，相对于现有的金属容器，无氢脆现象且更加安全。可以根据应用的环境设定中空纤维管1的数量以及堆叠的子阵列纤维管10以及总阵列纤维管100的形状以及尺寸，形状尺寸可调，适用于各种环境且能够充分利用空间。子阵列纤维管10的外围部分或者全部包裹有保护层20，保护层20由至少两个实心纤维管2排布形成，从而能够克制中空纤维管1的膨胀，使得子阵列纤维管10结构更加稳固，更加安全。
作为优选方案，本实施例的实心纤维管2与中空纤维管1的材质相同。本实施例的中空纤维管1的材质为硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、石英玻璃、芳纶中的至少一种。进一步优选地，中空纤维管1的材质为硼硅酸盐玻璃。
作为优选方案一，总阵列纤维管100的一端通过胶水密封。或者作为优选方案二，总阵列纤维管100的一端通过温控炉熔融封闭。此时，温控炉熔融封闭的长度小于等于1cm。以保证中空纤维管1有足够的储存空间。例如，温控炉熔融封闭的长度为1cm或者0.8cm或者0.5cm。作为优选方案三，本实施例还可以通过实心纤维管2包裹总阵列纤维管100端角，相对于其它的密封方式，能够增加中空纤维管1的储气量。
中空纤维管1的端面形状为圆形、三角形或者多边形，子阵列纤维管10的端面形状为圆形、三角形或者多边形，总阵列纤维管100的端面形状为圆形、三角形或者多边形。具体地，本实施例的中空纤维管1的端面形状为圆形，子阵列纤维管10的端面形状为矩形。总阵列纤维管100的端面形状为矩形。实心纤维管2的端面形状也为圆形。实心纤维管2排布在子阵列纤维管10的整个外围形成连续的保护层20。实心纤维管2也可以排布在子阵列纤维管10的部分外围形成间断的保护层20。连续的保护层20或者间断的保护层20均能够克制中空纤维管1的膨胀。
在制作子阵列纤维管10以及保护层20的时候，可以先通过模具使得子阵列纤维管10以及保护层20堆叠成预设的形状，然后通过热拉工艺，使得子阵列纤维管10的中空纤维管1以及保护层20的实心纤维管2整体固定在一起，且制作后的子阵列纤维管10以及保护层20的端面尺寸会减小。本实施例的中空纤维管阵列储氢装置的制作工艺简单，相对于现有的储氢容器，原料来源丰富，成本更低。
相邻的子阵列纤维管10之间可以通过胶水固定在一起。具体地，当子阵列纤维管10外围有保护层20时，相邻的子阵列纤维管10对应的保护层20之间可以通过胶水固定在一起。若干个子阵列纤维管10通过胶水连接堆叠成总阵列纤维管100。
作为优选方案，中空纤维管1的壁厚与自身半径的比值小于1。进一步优选地，中空纤维管1的壁厚与自身半径的比值小于0.2。
本实施例的中空纤维管1的长度可调，可以根据实际需要设定中空纤维管1的长度。
实施例二
本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：
如图3和图4所示，本实施例的子阵列纤维管10只在边角部分设置有保护层20，此时保护层20也能够克制中空纤维管1的膨胀。
本实施例的中空纤维管1的端面形状可以为三角形、正六边形。子阵列纤维管10的端面形状可以为三角形、正六边形。同样，在边角部位包裹保护层20。
实施例三
本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：
如图5所示，本实施例的中空纤维管1的端面形状为正六边形。子阵列纤维管10的端面形状为矩形，子阵列纤维管10一对面上设置有连续的保护层20。另一对面上设置有间断的保护层20。
本实施例的子阵列纤维管10的端面形状还可以为三角形或者正六边形。同样，可以在部分面上设置连续的保护层20，在部分面上设置间断的保护层20。
在上述的实施例中，子阵列纤维管10采用全包裹保护层20的方式为最优的方式。中空纤维管1的端面形状为正六边形是最优的方式，子阵列纤维管10的端面形状为正六边形是最优的方式。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中空纤维管阵列储氢装置，其特征在于，包括若干个中空纤维管，至少两个所述中空纤维管组成子阵列纤维管，至少两个所述子阵列纤维管组成总阵列纤维管；所述子阵列纤维管的外围部分或者全部包裹有保护层，所述保护层由至少两个实心纤维管排布形成；所述总阵列纤维管的一端密封，所述总阵列纤维管的另一端用于连接高压阀门。
2.根据权利要求1所述的一种中空纤维管阵列储氢装置，其特征在于：所述保护层对所述子阵列纤维管提供向内的作用力，以克制所述中空纤维管的膨胀力。
3.根据权利要求1所述的一种中空纤维管阵列储氢装置，其特征在于：所述总阵列纤维管的一端通过胶水密封。
4.根据权利要求1所述的一种中空纤维管阵列储氢装置，其特征在于：所述总阵列纤维管的一端通过温控炉熔融封闭。
5.根据权利要求4所述的一种中空纤维管阵列储氢装置，其特征在于：所述温控炉熔融封闭的长度小于等于1cm。
6.根据权利要求1所述的一种中空纤维管阵列储氢装置，其特征在于：所述中空纤维管的材质为硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、石英玻璃、芳纶中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种中空纤维管阵列储氢装置，其特征在于：所述中空纤维管的端面形状为圆形、三角形或者多边形，所述子阵列纤维管的端面形状为圆形、三角形或者多边形，所述总阵列纤维管的端面形状为圆形、三角形或者多边形。
8.根据权利要求1所述的一种中空纤维管阵列储氢装置，其特征在于：所述中空纤维管的壁厚与自身半径的比值小于1。
9.根据权利要求8所述的一种中空纤维管阵列储氢装置，其特征在于：所述中空纤维管的壁厚与自身半径的比值小于0.2。
10.根据权利要求1所述的一种中空纤维管阵列储氢装置，其特征在于：所述实心纤维管与所述中空纤维管的材质相同。
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